JPH05196502A - 偏光変調分光装置 - Google Patents
偏光変調分光装置Info
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- JPH05196502A JPH05196502A JP901492A JP901492A JPH05196502A JP H05196502 A JPH05196502 A JP H05196502A JP 901492 A JP901492 A JP 901492A JP 901492 A JP901492 A JP 901492A JP H05196502 A JPH05196502 A JP H05196502A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】偏光変調分光装置のＰＥＭ結晶素子の波長に依
存する複屈折が原因となって表れるベ−スラインの歪み
や、偏光方向による光強度の偏りが原因となって表れる
スペクトルの歪みを抑え信号雑音比を高める。 【構成】ＰＥＭを通過した光を二本に分け、一方は通常
の偏光変調分光に用い、他方はＰＥＭ結晶素子の波長に
依存した複屈折を補正するために用いる。それにはＳ波
方向の強度をモニタしこれとＰＥＭに入射する光の強度
比をとればよい。 Ｓ，Ｐ波の光強度の偏りのある場合
には検出器の手前に偏光子を適当な方位に配置して補正
する。
存する複屈折が原因となって表れるベ−スラインの歪み
や、偏光方向による光強度の偏りが原因となって表れる
スペクトルの歪みを抑え信号雑音比を高める。 【構成】ＰＥＭを通過した光を二本に分け、一方は通常
の偏光変調分光に用い、他方はＰＥＭ結晶素子の波長に
依存した複屈折を補正するために用いる。それにはＳ波
方向の強度をモニタしこれとＰＥＭに入射する光の強度
比をとればよい。 Ｓ，Ｐ波の光強度の偏りのある場合
には検出器の手前に偏光子を適当な方位に配置して補正
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は構造化学、分析化学分野
等における吸着物等の高感度検出装置の改良に関わる。
等における吸着物等の高感度検出装置の改良に関わる。
【０００２】
【従来の技術】高反射率基板（特に金属）上の吸着物、
薄膜を感度良く検出する手段として偏光変調赤外分光法
があり、これまでにも多くの系に適用され、問題点等が ジャーナル オブ カタリシス （J.Catal.,71,395-40
4(1981)（文献１））及びジャーナル オブ エレクト
ロン スペクトロスコピー アンド リレーティド ペ
ノモナ （ J. of Electron Spectroscopy Related Phe
nomona,30, 43-50(1983)（文献２））に論じられてい
る。上記文献１、２はそれぞれ分散型分光器、フ−リエ
変換型分光器でこの方法を使用した研究例である。
薄膜を感度良く検出する手段として偏光変調赤外分光法
があり、これまでにも多くの系に適用され、問題点等が ジャーナル オブ カタリシス （J.Catal.,71,395-40
4(1981)（文献１））及びジャーナル オブ エレクト
ロン スペクトロスコピー アンド リレーティド ペ
ノモナ （ J. of Electron Spectroscopy Related Phe
nomona,30, 43-50(1983)（文献２））に論じられてい
る。上記文献１、２はそれぞれ分散型分光器、フ−リエ
変換型分光器でこの方法を使用した研究例である。
【０００３】金属基板に光が反射するとき、基板表面付
近においては入射面に垂直な成分（Ｓ波）と平行な成分
（Ｐ波）のつくる電場強度が異なり、Ｓ波の電場は消え
ることを利用する。すなわち基板表面にある吸着物はＰ
波にしか感応せず、Ｓ，Ｐ波をある周波数で交互に照射
し変調することで差分信号を得て表面付近にある対象を
選択的に検出できるようになる。これが偏光変調赤外反
射分光法の原理である。
近においては入射面に垂直な成分（Ｓ波）と平行な成分
（Ｐ波）のつくる電場強度が異なり、Ｓ波の電場は消え
ることを利用する。すなわち基板表面にある吸着物はＰ
波にしか感応せず、Ｓ，Ｐ波をある周波数で交互に照射
し変調することで差分信号を得て表面付近にある対象を
選択的に検出できるようになる。これが偏光変調赤外反
射分光法の原理である。
【０００４】この原理を応用した従来の分散型分光装置
は光源からの光をチョッパ−で変調し、さらに光弾性変
調器（以下ＰＥＭとのみ略すことがある。）による変調
を加えて得た信号を２段のロックインアンプを通して差
分信号に変換していた。
は光源からの光をチョッパ−で変調し、さらに光弾性変
調器（以下ＰＥＭとのみ略すことがある。）による変調
を加えて得た信号を２段のロックインアンプを通して差
分信号に変換していた。
【０００５】またフ−リエ変換型分光装置では、チョッ
パ−を用いず干渉計による変調変調光をＰＥＭでさらに
変調して得た信号を１段のロックインアンプを通して差
分信号に変換していた。
パ−を用いず干渉計による変調変調光をＰＥＭでさらに
変調して得た信号を１段のロックインアンプを通して差
分信号に変換していた。
【０００６】両者においてＳ，Ｐ偏光変調光はある１つ
の波長について調整されていて他の波長ではＳ，Ｐ偏光
が混じりあってしまう。そのため差分信号が小さくなっ
て信号雑音比が低くなる。その結果スペクトル全体とし
ても信号雑音比が低くなり、またスペクトルがひずむこ
とがある。
の波長について調整されていて他の波長ではＳ，Ｐ偏光
が混じりあってしまう。そのため差分信号が小さくなっ
て信号雑音比が低くなる。その結果スペクトル全体とし
ても信号雑音比が低くなり、またスペクトルがひずむこ
とがある。
【０００７】さらに光学系の偏光特性のためにＳ，Ｐ偏
光の強度が異なっている場合には、差分信号の符号まで
変化し、スペクトルは複雑化する。
光の強度が異なっている場合には、差分信号の符号まで
変化し、スペクトルは複雑化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には以下
の二つの問題点がある。
の二つの問題点がある。
【０００９】一つは光弾性変調器ＰＥＭの結晶素子の複
屈折性が光の波長に依存するためスペクトルが歪んだり
ベ−スラインが彎曲したりする問題である。通常用いら
れる変調器ではある波長に対してだけしか正確に偏光変
調された光を作ることができない。これに対しては何ら
対策が講じられていなかった。
屈折性が光の波長に依存するためスペクトルが歪んだり
ベ−スラインが彎曲したりする問題である。通常用いら
れる変調器ではある波長に対してだけしか正確に偏光変
調された光を作ることができない。これに対しては何ら
対策が講じられていなかった。
【００１０】もう一つは光学系のもつ偏光特性により
Ｓ，Ｐ波の光強度に偏りが生じスペクトルが歪む点であ
り、従来は赤外光に透明な塩化ナトリウム基板等を光路
に傾けて挿入し補正しているが十分な効果は得られてい
ない。
Ｓ，Ｐ波の光強度に偏りが生じスペクトルが歪む点であ
り、従来は赤外光に透明な塩化ナトリウム基板等を光路
に傾けて挿入し補正しているが十分な効果は得られてい
ない。
【００１１】本発明の目的は光弾性変調器ＰＥＭの結晶
素子の波長に依存する複屈折をキャンセルし、それが原
因となって表れるスペクトルの歪み及びベ−スラインの
彎曲を抑え信号雑音比を高めることにある。
素子の波長に依存する複屈折をキャンセルし、それが原
因となって表れるスペクトルの歪み及びベ−スラインの
彎曲を抑え信号雑音比を高めることにある。
【００１２】本発明の他の目的は偏光方向による光強度
の偏りが原因となって表れるスペクトルの歪みを抑え信
号雑音比を高めることにある。
の偏りが原因となって表れるスペクトルの歪みを抑え信
号雑音比を高めることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】光弾性変調器ＰＥＭの結
晶素子における複屈折の波長依存性をキャンセルするた
め、光弾性変調器を通過する前後の信号の比から位相遅
れδ度に関する cos2(δ/2) を得る。
晶素子における複屈折の波長依存性をキャンセルするた
め、光弾性変調器を通過する前後の信号の比から位相遅
れδ度に関する cos2(δ/2) を得る。
【００１４】
【作用】位相遅れδ度に関する cos2(δ/2) を利用し
て、位相遅れδ度に依存する信号から cos2(δ/2) を除
き、複屈折の波長依存性をキャンセルするのである。
て、位相遅れδ度に依存する信号から cos2(δ/2) を除
き、複屈折の波長依存性をキャンセルするのである。
【００１５】Ｓ，Ｐ波の光強度を Is, Ip としＰＥＭの
結晶素子の１８０度からの位相遅れをδ度とすると差分
信号 Is - Ip と平均信号 Is + Ip の比は反射面の表面
付近にある検出対象物による吸収分αsを用いて 2（Is - Ip)/(Is + Ip) = αs cos2(δ/2) (1) となり、位相遅れδが波長に依存することから結果的に
スペクトルは波長に依存した変形を受けることがわか
る。そこで前述した光弾性変調器を通過する前後の信号
の比から cos2(δ/2) を得て、これで上記信号(1)の割
算を実行すると cos2(δ/2) が除かれるから、結果は位
相遅れδに依存しなくなる。つまり複屈折の波長依存性
をキャンセルできたことになる。勿論、(1)式が成り立
つためには吸収がない場合にＳ，Ｐ波の光強度は等しく
なければならない。しかし光学系に偏光特性がある場合
には偏光子を配置することにより有効に補正することが
できるから、本発明の適用に本質的な支障とはならな
い。
結晶素子の１８０度からの位相遅れをδ度とすると差分
信号 Is - Ip と平均信号 Is + Ip の比は反射面の表面
付近にある検出対象物による吸収分αsを用いて 2（Is - Ip)/(Is + Ip) = αs cos2(δ/2) (1) となり、位相遅れδが波長に依存することから結果的に
スペクトルは波長に依存した変形を受けることがわか
る。そこで前述した光弾性変調器を通過する前後の信号
の比から cos2(δ/2) を得て、これで上記信号(1)の割
算を実行すると cos2(δ/2) が除かれるから、結果は位
相遅れδに依存しなくなる。つまり複屈折の波長依存性
をキャンセルできたことになる。勿論、(1)式が成り立
つためには吸収がない場合にＳ，Ｐ波の光強度は等しく
なければならない。しかし光学系に偏光特性がある場合
には偏光子を配置することにより有効に補正することが
できるから、本発明の適用に本質的な支障とはならな
い。
【００１６】
【実施例】以下図面を参照しながら説明する。分散型分
光装置に本発明を適用した場合は図１に示すように、前
段でチョッパ−を使用し二重変調する。光源１０１を出
た光はチョッパ１０２でｆｃ変調され、回折格子型分光
器１０３、偏光子１０４を通して光弾性変調器ＰＥＭ１
０５に導かれｆｍ変調される。光弾性変調器ＰＥＭ１０
５の前後にビ−ムスプリッタ１１１，１０６を配する。
偏光変調された光をビ−ムスプリッタ１０６で２つに分
ける。一方を試料１０７に入れ偏光子１０８を経て検出
器１０９に導く。ここで偏光子１０８は偏光特性を補正
するためにその偏光軸の方向を調整してある。他方をＳ
波の電気ベクトルの方向に偏光軸を配置した偏光子１１
２を通して検出器１１３に入れる。
光装置に本発明を適用した場合は図１に示すように、前
段でチョッパ−を使用し二重変調する。光源１０１を出
た光はチョッパ１０２でｆｃ変調され、回折格子型分光
器１０３、偏光子１０４を通して光弾性変調器ＰＥＭ１
０５に導かれｆｍ変調される。光弾性変調器ＰＥＭ１０
５の前後にビ−ムスプリッタ１１１，１０６を配する。
偏光変調された光をビ−ムスプリッタ１０６で２つに分
ける。一方を試料１０７に入れ偏光子１０８を経て検出
器１０９に導く。ここで偏光子１０８は偏光特性を補正
するためにその偏光軸の方向を調整してある。他方をＳ
波の電気ベクトルの方向に偏光軸を配置した偏光子１１
２を通して検出器１１３に入れる。
【００１７】ビ−ムスプリッタ１１１で分けた他方のビ
−ムはそのまま検出器検出器１１５に導く。検出器１１
３、１１５に入る信号は複屈折の波長依存性をキャンセ
ルするために用いられる。検出器１０９の信号は２つに
分けられ、一方はフィルタ１１８を通った後２つのロッ
クインアンプ１１９，１２０によって位相検波される。
検波周波数はそれぞれｆc,ｆmであり、検波の結果差分
信号を得る。他方はロックインアンプ１２１で周波数ｆ
c検波され、その結果平均信号が得られる。除算器１２
２でそれらの比を演算する。その結果、上記の式(1)で
示す信号αs cos2(δ/2)が得られる。
−ムはそのまま検出器検出器１１５に導く。検出器１１
３、１１５に入る信号は複屈折の波長依存性をキャンセ
ルするために用いられる。検出器１０９の信号は２つに
分けられ、一方はフィルタ１１８を通った後２つのロッ
クインアンプ１１９，１２０によって位相検波される。
検波周波数はそれぞれｆc,ｆmであり、検波の結果差分
信号を得る。他方はロックインアンプ１２１で周波数ｆ
c検波され、その結果平均信号が得られる。除算器１２
２でそれらの比を演算する。その結果、上記の式(1)で
示す信号αs cos2(δ/2)が得られる。
【００１８】検出器１１３、１１５の信号はそれぞれロ
ックインアンプ１２３、１２４により周波数ｆcで検波
され、除算器１２５でそれらの比をとり、 cos2(δ/2)
を得る。さらに割算器１２６で除算器１２２、１２５を
経た信号の比をとり吸収スペクトル αs が得られる。
ックインアンプ１２３、１２４により周波数ｆcで検波
され、除算器１２５でそれらの比をとり、 cos2(δ/2)
を得る。さらに割算器１２６で除算器１２２、１２５を
経た信号の比をとり吸収スペクトル αs が得られる。
【００１９】偏光子１０８は図１に示したように検出器
１０９の手前に配置すればよいが、偏光子の方位角は、
図２に示すように、Ｐ波、Ｓ波それぞれの電気ベクトル
の方向２０２、２０３に対し２０４で示すベクトルの方
向を持つものである。
１０９の手前に配置すればよいが、偏光子の方位角は、
図２に示すように、Ｐ波、Ｓ波それぞれの電気ベクトル
の方向２０２、２０３に対し２０４で示すベクトルの方
向を持つものである。
【００２０】方位を表す角度θは
【００２１】
【数１】
【００２２】により決定される。偏光子では方位は連続
的に変化できるので、上記従来技術の問題点で説明した
塩化ナトリウム基板等の場合と異なり、広い範囲で補正
可能となる。方位の調節は赤外光に透明な領域で行う。
的に変化できるので、上記従来技術の問題点で説明した
塩化ナトリウム基板等の場合と異なり、広い範囲で補正
可能となる。方位の調節は赤外光に透明な領域で行う。
【００２３】本発明をフ−リエ変換分光装置に適用した
場合は干渉計による変調を利用し二重変調することがで
きる。装置構成図を図３に示す。光学系はチョッパ１０
２と回折格子分光器１０３の代わりに干渉計３０１を用
いる点だけが異なっている。検出器１０９には周波数ｆ
m１１７で変調されたインタフェログラムが信号として
入っている。また検出器１１３、１１５の信号は図１の
検出器１１３、１１５の信号に対応するインタフェログ
ラムである。
場合は干渉計による変調を利用し二重変調することがで
きる。装置構成図を図３に示す。光学系はチョッパ１０
２と回折格子分光器１０３の代わりに干渉計３０１を用
いる点だけが異なっている。検出器１０９には周波数ｆ
m１１７で変調されたインタフェログラムが信号として
入っている。また検出器１１３、１１５の信号は図１の
検出器１１３、１１５の信号に対応するインタフェログ
ラムである。
【００２４】検出器１０９の信号は２つに分けられ一方
はバンドパスフィルタ３０２を通し、ロックインアンプ
３０３により検波周波数ｆmで検波し、ＡＤ変換器３０
４でディジタル化する。他方はロ−パスフィルタ３０
６、アンプ３０７、ＡＤ変換器３０８でディジタル化す
る。検出器１１３、１１５の信号はそれぞれアンプ３１
１および３１４、ＡＤ変換器３１２および３１５を経て
ディジタル化する。これらのディジタル化された信号は
コンピュ−タ３１９で所定の処理がなされ、本来の吸収
スペクトル αs を得ることができるが、図１に対応し
た説明をすると次のようである。検出器１０９の信号の
ＡＤ変換器３０４の出力はフ−リエ変換３０５を行い、
差分信号にあたる単光束のスペクトルを得る。検出器１
０９の信号のＡＤ変換器３０８の出力はフ−リエ変換３
０９を行い、平均信号にあたる単光束のスペクトルを得
る。これらの除算３１０を行い、吸収スペクトルが得ら
れる。ＡＤ変換器３１２および３１５の出力は、フ−リ
エ変換３１３および３１６、除算３１７を行って cos
2(δ/2) のスペクトルが得られる。最後に除算３１０、
３１７の結果の除算３１８を行うのである。ここでは４
つのＡＤ変換器を用いたが１つのＡＤ変換器とスイッチ
の組合せも可能である。なお偏光子１０８の配置は分散
型分光器の場合と同じにすればよい。
はバンドパスフィルタ３０２を通し、ロックインアンプ
３０３により検波周波数ｆmで検波し、ＡＤ変換器３０
４でディジタル化する。他方はロ−パスフィルタ３０
６、アンプ３０７、ＡＤ変換器３０８でディジタル化す
る。検出器１１３、１１５の信号はそれぞれアンプ３１
１および３１４、ＡＤ変換器３１２および３１５を経て
ディジタル化する。これらのディジタル化された信号は
コンピュ−タ３１９で所定の処理がなされ、本来の吸収
スペクトル αs を得ることができるが、図１に対応し
た説明をすると次のようである。検出器１０９の信号の
ＡＤ変換器３０４の出力はフ−リエ変換３０５を行い、
差分信号にあたる単光束のスペクトルを得る。検出器１
０９の信号のＡＤ変換器３０８の出力はフ−リエ変換３
０９を行い、平均信号にあたる単光束のスペクトルを得
る。これらの除算３１０を行い、吸収スペクトルが得ら
れる。ＡＤ変換器３１２および３１５の出力は、フ−リ
エ変換３１３および３１６、除算３１７を行って cos
2(δ/2) のスペクトルが得られる。最後に除算３１０、
３１７の結果の除算３１８を行うのである。ここでは４
つのＡＤ変換器を用いたが１つのＡＤ変換器とスイッチ
の組合せも可能である。なお偏光子１０８の配置は分散
型分光器の場合と同じにすればよい。
【００２５】次に、光弾性変調器ＰＥＭ結晶素子におけ
る複屈折とその対策とについて、より詳細に述べる。
る複屈折とその対策とについて、より詳細に述べる。
【００２６】ＰＥＭに位相差π＋δを与えたとき Eo = E0sin(ωt-δ/2) (2) Ee = E0sin(ωt+δ/2) (3) と表される。ここで Eo,Ee はそれぞれ正常光、異常光
を表す。ωt = 0 では Eo = -E0sin(δ/2) (4) Ee = -E0sin(δ/2) (5) となりωt = π/2 では Eo = -E0cos(δ/2) (6) Ee = -E0cos(δ/2) (7) となる。したがって δ＝０でない場合には見かけ上の
Ｓ波にはＰ波成分が混じるので、Ｓ，Ｐ波の光強度は次
式のようになる。
を表す。ωt = 0 では Eo = -E0sin(δ/2) (4) Ee = -E0sin(δ/2) (5) となりωt = π/2 では Eo = -E0cos(δ/2) (6) Ee = -E0cos(δ/2) (7) となる。したがって δ＝０でない場合には見かけ上の
Ｓ波にはＰ波成分が混じるので、Ｓ，Ｐ波の光強度は次
式のようになる。
【００２７】 Is = I0cos2(δ/2) es + I0sin2(δ/2) ep (8) Ip = I0 ep (9) ここに es, ep はそれぞれＳ，Ｐ波成分であることを表
す。
す。
【００２８】雰囲気、サンプルの吸収項をそれぞれ exp
(-αb),exp(-αs)とすると、上述したようにサンプルは
Ｐ波としか相互作用しないから、 Is - Ip = I0〔cos2(δ/2)+(sin2(δ/2)-1)exp(-αs)〕exp(-αb) (10) (Is + Ip)/2 = I0〔cos2(δ/2)+(sin2(δ/2)+1)exp(-αs)〕exp(-αb)/2 (11) となる。差分項、平均項の比をとると 2(Is-Ip)/(Is+Ip) =2〔cos2(δ/2)-cos2(δ/2)exp(-αs)〕/〔cos2(δ/2)+(1+sin2(δ/2))exp(-α s)〕 =2αs cos2(δ/2)/(2-αs(1+sin2(δ/2)) =αs cos2(δ/2) (12) となる。ここではαsが１に比べて十分小さいと仮定し
た。
(-αb),exp(-αs)とすると、上述したようにサンプルは
Ｐ波としか相互作用しないから、 Is - Ip = I0〔cos2(δ/2)+(sin2(δ/2)-1)exp(-αs)〕exp(-αb) (10) (Is + Ip)/2 = I0〔cos2(δ/2)+(sin2(δ/2)+1)exp(-αs)〕exp(-αb)/2 (11) となる。差分項、平均項の比をとると 2(Is-Ip)/(Is+Ip) =2〔cos2(δ/2)-cos2(δ/2)exp(-αs)〕/〔cos2(δ/2)+(1+sin2(δ/2))exp(-α s)〕 =2αs cos2(δ/2)/(2-αs(1+sin2(δ/2)) =αs cos2(δ/2) (12) となる。ここではαsが１に比べて十分小さいと仮定し
た。
【００２９】したがってスペクトルはδに依存する。δ
は光の波長λとの間で δ = (1-2LΔn/λ)π (13) という関係があり、スペクトルは波長λに依存すること
になる。L ,Δnはそれぞれ結晶素子の有効厚み、屈折率
異方性である。
は光の波長λとの間で δ = (1-2LΔn/λ)π (13) という関係があり、スペクトルは波長λに依存すること
になる。L ,Δnはそれぞれ結晶素子の有効厚み、屈折率
異方性である。
【００３０】そこで図１、図３の実施例で述べたよう
に、光弾性変調器ＰＥＭ１０５の前後で光を分けて、後
の光から式(12)の信号を得る処理をする。ここで偏光子
の方位角をＳ波の電気ベクトルの方向に配し、見かけ上
のＳ波の光強度ＩｓからＰ波成分を除く。その光強度を
(Is)esとすると (Is)es = I0cos2(δ/2) （１
４） となる。
に、光弾性変調器ＰＥＭ１０５の前後で光を分けて、後
の光から式(12)の信号を得る処理をする。ここで偏光子
の方位角をＳ波の電気ベクトルの方向に配し、見かけ上
のＳ波の光強度ＩｓからＰ波成分を除く。その光強度を
(Is)esとすると (Is)es = I0cos2(δ/2) （１
４） となる。
【００３１】ＰＥＭを通らなかった光についてみると、
その光強度はＩ０と考えられるので、 (Is)es/I0 = cos2(δ/2) (15) である。これと式(12)で表される信号強度との比をとる
と、 2(Is-Ip)I0/((Is)es(Is+Ip)) = αs (16) となる。
その光強度はＩ０と考えられるので、 (Is)es/I0 = cos2(δ/2) (15) である。これと式(12)で表される信号強度との比をとる
と、 2(Is-Ip)I0/((Is)es(Is+Ip)) = αs (16) となる。
【００３２】すなわち本発明による信号強度は吸収スペ
クトルそのものとなり、複屈折の波長依存性を取り除く
ことができたわけである。ここではＳ，Ｐ波の光強度の
偏りがないことが前提となっていた。
クトルそのものとなり、複屈折の波長依存性を取り除く
ことができたわけである。ここではＳ，Ｐ波の光強度の
偏りがないことが前提となっていた。
【００３３】つぎにＳ，Ｐ波の光強度の偏りがある場合
にそれを補正する方法について述べる。Ｓ，Ｐ波の光強
度を Is, Ip とし図1または図３の偏光子１０８のよう
な配置に偏光子を設定すると検出器に入射するＳ，Ｐ波
の強度は偏光子の方位への射影成分となり、それぞれ Is・cos2θ, Ip・cos2(π/2-θ) となる。従って θ を Is・cos2θ = Ip・cos2(π/2-θ) となるように選べばよい。すなわち
にそれを補正する方法について述べる。Ｓ，Ｐ波の光強
度を Is, Ip とし図1または図３の偏光子１０８のよう
な配置に偏光子を設定すると検出器に入射するＳ，Ｐ波
の強度は偏光子の方位への射影成分となり、それぞれ Is・cos2θ, Ip・cos2(π/2-θ) となる。従って θ を Is・cos2θ = Ip・cos2(π/2-θ) となるように選べばよい。すなわち
【００３４】
【数２】
【００３５】となるように選べば光強度の偏りを補正で
きる。
きる。
【００３６】本発明の実験例を図面とともに説明する。
【００３７】実験例１ 白金蒸着基板上に吸着した一酸化炭素を分散型赤外分光
装置で測定した。装置構成は図１に示されたものと同じ
である。チョッパで周波数１kHzで変調しさらに ZnSe
のＰＥＭで周波数74kHzで変調した。またロックインア
ンプの時定数は１ms とした。この装置による測定の結
果を図４に示す。図中（ａ）が従来の偏光変調赤外分光
装置によるものであり（ｂ）は本発明の実施例に係る装
置を使用した結果である。信号雑音比の改善が見られ
る。
装置で測定した。装置構成は図１に示されたものと同じ
である。チョッパで周波数１kHzで変調しさらに ZnSe
のＰＥＭで周波数74kHzで変調した。またロックインア
ンプの時定数は１ms とした。この装置による測定の結
果を図４に示す。図中（ａ）が従来の偏光変調赤外分光
装置によるものであり（ｂ）は本発明の実施例に係る装
置を使用した結果である。信号雑音比の改善が見られ
る。
【００３８】実験例２ 銀蒸着基板上につけた１分子層のアラキジン酸カドミウ
ム塩をフ−リエ変換型分光装置で測定した場合について
述べる。装置構成図は図３のものと同じである。検出器
にはＭＣＴ検出器を用いＰＥＭには共鳴周波数３１kHz
変調周波数６２kHzの ZnSe 製のものを用いた。またロ
ックインアンプの時定数は０．１２５msとした。得られ
た吸収スペクトルを図５に示す。図中（ａ）が従来の偏
光変調赤外分光装置によるものであり（ｂ）は本発明の
実施例に係る装置を使用した結果である。信号雑音比の
改善は明らかである。
ム塩をフ−リエ変換型分光装置で測定した場合について
述べる。装置構成図は図３のものと同じである。検出器
にはＭＣＴ検出器を用いＰＥＭには共鳴周波数３１kHz
変調周波数６２kHzの ZnSe 製のものを用いた。またロ
ックインアンプの時定数は０．１２５msとした。得られ
た吸収スペクトルを図５に示す。図中（ａ）が従来の偏
光変調赤外分光装置によるものであり（ｂ）は本発明の
実施例に係る装置を使用した結果である。信号雑音比の
改善は明らかである。
【００３９】本実験例ではＳ，Ｐ波の光強度の調節も行
ったので、以下これについて図６、図７説明する。な
お、以下の説明の実験例では、干渉計３０１に内蔵され
た可動鏡の速度は０．３ （cm/s）とした。
ったので、以下これについて図６、図７説明する。な
お、以下の説明の実験例では、干渉計３０１に内蔵され
た可動鏡の速度は０．３ （cm/s）とした。
【００４０】図６はＳ，Ｐ波の光強度の調節の過程をフ
−リエ変換した差分信号で示したものである。サンプル
は銀蒸着基板上に積層した５分子層のアラキジン酸カド
ミウム塩を用い、分解能８（1/cm）で１６回積算した。
図中（ａ）はθ＝４５度で１５００（1/cm）のピ−クは
上向きで、Ip > Is となっており、（ｂ）はθ＝２５度
で１５００（1/cm）のピ−クは下向きで、Ip < Is とな
っている。このことからθを変化させることでＳ，Ｐ波
の光強度の調節が十分に可能であることが分かる。即ち
θを４５度から２５度に変化させる間にIp ＝ Is とで
きるθがあるということである。
−リエ変換した差分信号で示したものである。サンプル
は銀蒸着基板上に積層した５分子層のアラキジン酸カド
ミウム塩を用い、分解能８（1/cm）で１６回積算した。
図中（ａ）はθ＝４５度で１５００（1/cm）のピ−クは
上向きで、Ip > Is となっており、（ｂ）はθ＝２５度
で１５００（1/cm）のピ−クは下向きで、Ip < Is とな
っている。このことからθを変化させることでＳ，Ｐ波
の光強度の調節が十分に可能であることが分かる。即ち
θを４５度から２５度に変化させる間にIp ＝ Is とで
きるθがあるということである。
【００４１】図７は積層膜が吸収を有しない領域で上記
の光強度の調節を行った後、さらに複屈折の波長依存性
を除いた場合の吸収スペクトル（ｂ）を、そのような補
正を一切行わない場合の吸収スペクトル（ａ）と比較し
たものである。スペクトルのベ−スラインの改善が著し
い。
の光強度の調節を行った後、さらに複屈折の波長依存性
を除いた場合の吸収スペクトル（ｂ）を、そのような補
正を一切行わない場合の吸収スペクトル（ａ）と比較し
たものである。スペクトルのベ−スラインの改善が著し
い。
【００４２】
【発明の効果】本発明により光弾性変調器における結晶
素子の複屈折の波長依存性を有効にキャンセルした分光
測定が可能となった。
素子の複屈折の波長依存性を有効にキャンセルした分光
測定が可能となった。
【００４３】また直交する直線偏光成分の光強度の偏り
がある場合でも、その偏りを有効に補正し、さらに光弾
性変調器における結晶素子の複屈折の波長依存性を有効
にキャンセルした分光測定も可能となった。
がある場合でも、その偏りを有効に補正し、さらに光弾
性変調器における結晶素子の複屈折の波長依存性を有効
にキャンセルした分光測定も可能となった。
【００４４】実際、本発明の分散型偏光変調赤外分光装
置により例えばPt(111)面に吸着した一酸化炭素の微弱
な吸収スペクトルを従来法より高い信号雑音比で測定す
ることができた。また本発明のフ−リエ変換型偏光変調
赤外分光装置により、単分子層程度の吸着物による微弱
吸収スペクトルを測定することができた。従来装置に比
べて、ベ−スラインの安定性が著しく改善され、また信
号雑音比も高くなった。
置により例えばPt(111)面に吸着した一酸化炭素の微弱
な吸収スペクトルを従来法より高い信号雑音比で測定す
ることができた。また本発明のフ−リエ変換型偏光変調
赤外分光装置により、単分子層程度の吸着物による微弱
吸収スペクトルを測定することができた。従来装置に比
べて、ベ−スラインの安定性が著しく改善され、また信
号雑音比も高くなった。
【図１】本発明の分散型偏光変調分光装置の構成を示す
ブロック図
ブロック図
【図２】直交する直線偏光成分の光強度の偏りを補正す
る方法を示す図
る方法を示す図
【図３】本発明のフ−リエ変換型偏光変調分光装置を示
す図
す図
【図４】実験例１における吸収スペクトルの従来法との
比較を示す図
比較を示す図
【図５】実験例２における吸収スペクトルの従来装置と
の比較を表す図
の比較を表す図
【図６】実験例２において偏光子を用いて直交する直線
偏光成分の光強度の偏りを補償が可能であることを表す
図
偏光成分の光強度の偏りを補償が可能であることを表す
図
【図７】実験例２において光弾性結晶素子の複屈折の波
長依存性と直線偏光成分の光強度の偏りの両方の補正を
した結果を示す図
長依存性と直線偏光成分の光強度の偏りの両方の補正を
した結果を示す図
１０１ 光源 １０２ チョッパ １０３ 回折格子型分光器 １０４，１０８，
１１２ 偏光子 １０５ 光弾性変調器ＰＥＭ １０６，１１１
ビ−ムスプリッタ １０７ 試料 １０９，１１３，
１１５ 検出器 １１２，１１４ 平面鏡 １１６，１１７
変調周波数信号 ｆc，fm １１８ バンドパスフィルタ １１９，１２０，１２１，１２３，１２４ ロックイン
アンプ １２２，１２５，１２６ 除算器 ２０１ ＳまたはＰ波 ２０２ Ｐ波の電
気ベクトルの方向 ２０３ Ｓ波の電気ベクトルの方向 ２０４ 偏光子の
方位 ３０１ 干渉計 ３０２ バンドパ
スフィルタ ３０３ ロックインアンプ ３０４，３０８，３１２，３１５ ＡＤ変換器 ３０５，３０９，３１３，３１６ フ−リエ変換演算 ３０６ ロ−パスフィルタ ３０７，３１１，３１４ フ−リエ変換分光装置の通常
のアンプ系 ３１０，３１７，３１８ 除算 ３１９ コンピュ
−タ
１１２ 偏光子 １０５ 光弾性変調器ＰＥＭ １０６，１１１
ビ−ムスプリッタ １０７ 試料 １０９，１１３，
１１５ 検出器 １１２，１１４ 平面鏡 １１６，１１７
変調周波数信号 ｆc，fm １１８ バンドパスフィルタ １１９，１２０，１２１，１２３，１２４ ロックイン
アンプ １２２，１２５，１２６ 除算器 ２０１ ＳまたはＰ波 ２０２ Ｐ波の電
気ベクトルの方向 ２０３ Ｓ波の電気ベクトルの方向 ２０４ 偏光子の
方位 ３０１ 干渉計 ３０２ バンドパ
スフィルタ ３０３ ロックインアンプ ３０４，３０８，３１２，３１５ ＡＤ変換器 ３０５，３０９，３１３，３１６ フ−リエ変換演算 ３０６ ロ−パスフィルタ ３０７，３１１，３１４ フ−リエ変換分光装置の通常
のアンプ系 ３１０，３１７，３１８ 除算 ３１９ コンピュ
−タ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】実際、本発明の分散型偏光変調赤外分光装
置により例えばPt(111)面に吸着した一酸化炭素の微弱
な吸収スペクトルを従来法より高い信号雑音比で測定す
ることができた。また本発明のフ−リエ変換型偏光変調
赤外分光装置により、単分子層程度の吸着物による微弱
吸収スペクトルを測定することができた。従来装置に比
べて、ベ−スラインの安定性が著しく改善され、また信
号雑音比も高くなった。
置により例えばPt(111)面に吸着した一酸化炭素の微弱
な吸収スペクトルを従来法より高い信号雑音比で測定す
ることができた。また本発明のフ−リエ変換型偏光変調
赤外分光装置により、単分子層程度の吸着物による微弱
吸収スペクトルを測定することができた。従来装置に比
べて、ベ−スラインの安定性が著しく改善され、また信
号雑音比も高くなった。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散型偏光変調分光装置の構成を示す
ブロック図
ブロック図
【図２】直交する直線偏光成分の光強度の偏りを補正す
る方法を示す図
る方法を示す図
【図３】本発明のフ−リエ変換型偏光変調分光装置を示
す図
す図
【図４】実験例１における吸収スペクトルの従来法との
比較を示す図
比較を示す図
【図５】実験例２における吸収スペクトルの従来装置と
の比較を表す図
の比較を表す図
【図６】実験例２において偏光子を用いて直交する直線
偏光成分の光強度の偏りを補償が可能であることを表す
図
偏光成分の光強度の偏りを補償が可能であることを表す
図
【図７】実験例２において光弾性結晶素子の複屈折の波
長依存性と直線偏光成分の光強度の偏りの両方の補正を
した結果を示す図
長依存性と直線偏光成分の光強度の偏りの両方の補正を
した結果を示す図
フロントページの続き (72)発明者 木口 雅史 埼玉県比企郡鳩山町赤沼2520番地 株式会 社日立製作所基礎研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】光弾性変調器結晶素子を通過した参照光の
一つの直線偏光成分の強度をモニタ−し、その波長依存
性をもとに信号強度を規格化することにより該結晶素子
の複屈折の波長依存性を補正することを特徴とする分散
型偏光変調赤外反射分光装置。 - 【請求項２】光弾性変調器結晶素子を通過した参照光の
一つの直線偏光成分の強度をモニタ−し、その波長依存
性をもとに信号強度を規格化することにより該結晶素子
の複屈折の波長依存性を補正することを特徴とするフ−
リエ変換型偏光変調赤外反射分光装置。 - 【請求項３】直交する２つの直線偏光成分に強度偏りが
存在する場合において、偏光子を一方の偏光成分の電気
ベクトルとなす角の正接がそれらの偏光成分の強度比に
ほぼ等しくなるように配置し、その強度偏りを補正する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の偏光変調赤
外反射分光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP901492A JPH05196502A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 偏光変調分光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP901492A JPH05196502A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 偏光変調分光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196502A true JPH05196502A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=11708804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP901492A Pending JPH05196502A (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 偏光変調分光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05196502A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074653A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及び燃焼炉 |
| JP2006524343A (ja) * | 2003-04-22 | 2006-10-26 | アイティーティー マニュファクチャリング エンタープライジーズ， インコーポレイテッド | スペクトルロックイン技術を使用したアクティブ・リモートセンシング |
| KR101847966B1 (ko) * | 2017-09-15 | 2018-04-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 광학소자 성능 측정 방법 |
| KR101847967B1 (ko) * | 2017-09-15 | 2018-04-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 모드 선택 기반의 선택적 광학소자 성능 측정 장치 |
| JP6351893B1 (ja) * | 2018-02-26 | 2018-07-04 | 日本分光株式会社 | 位相差制御装置 |
-
1992
- 1992-01-22 JP JP901492A patent/JPH05196502A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001074653A (ja) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガス濃度計測装置及び燃焼炉 |
| JP2006524343A (ja) * | 2003-04-22 | 2006-10-26 | アイティーティー マニュファクチャリング エンタープライジーズ， インコーポレイテッド | スペクトルロックイン技術を使用したアクティブ・リモートセンシング |
| KR101847966B1 (ko) * | 2017-09-15 | 2018-04-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 광학소자 성능 측정 방법 |
| KR101847967B1 (ko) * | 2017-09-15 | 2018-04-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 모드 선택 기반의 선택적 광학소자 성능 측정 장치 |
| JP6351893B1 (ja) * | 2018-02-26 | 2018-07-04 | 日本分光株式会社 | 位相差制御装置 |
| JP2019148430A (ja) * | 2018-02-26 | 2019-09-05 | 日本分光株式会社 | 位相差制御装置 |
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